CN118050657A - 电池诊断方法、电池诊断装置和电池组 - Google Patents

Abstract

本申请提供了电池诊断方法、电池诊断装置和电池组。电池诊断装置可以包括诊断装置和检测电池单体的单体电压的检测装置。如果电池单体的忽视测试被启动，则诊断装置计算单体电压的随时间的电压减小速率，并且检测电压减小速率从减小趋势改变成增大趋势的拐点。如果检测到拐点，则诊断装置将电池单体诊断为异常电池单体。

Description

电池诊断方法、电池诊断装置和电池组

技术领域

本公开涉及电池诊断方法、电池诊断装置和具有电池诊断装置的电池组。

背景技术

二次电池与仅提供化学物质到电能的不可逆转化的一次电池的不同在于，二次电池可重复充电和放电。

通常，二次电池单体包括包含正电极、负电极和介于正电极与负电极之间的隔膜的电极组件、容纳电极组件的壳体以及电连接到电极组件的电极端子。电解质被注入到壳体中，以通过正电极、负电极和电解质溶液的电化学反应实现电池单体的充电和放电。壳体的形状(诸如圆柱形形状或矩形形状)取决于电池单体的用途。

在二次电池单体中，隔膜的功能的丧失可能引起电池单体内部的正电极和负电极被短路的内部短路。二次电池单体中的内部短路可能由由于外部冲击而导致的变形、在制造过程期间引入的金属异物或者由于电化学反应而导致的锂或铜的枝晶的形成所引起。

二次电池单体中的内部短路可能引起诸如热失控的安全问题。

发明内容

实施例针对检测预期会经历内部短路的电池单体。

一些实施例针对包括检测装置和诊断装置的电池诊断装置。检测装置被配置为检测电池单体的单体电压。诊断装置被配置为如果电池单体的忽视测试被启动，则计算单体电压的随时间的电压减小速率，检测电压减小速率从减小趋势改变成增大趋势的拐点，并且如果检测到拐点，则将电池单体诊断为异常电池单体。

在一些实施例中，诊断装置可以在忽视测试模式下操作，以在电池单体被充电到预定值或更高的充电状态(SOC：State Of Charge)的状态下执行忽视测试。

在一些实施例中，预定值可以是80％。

在一些实施例中，如果检测到拐点，则诊断装置可以将电池单体分类为内部短路风险组。如果电压减小速率在拐点之后的时间间隔内满足预定条件，则诊断装置可以最终确定电池单体为异常电池单体。

在一些实施例中，如果电压减小速率在拐点之后的时间间隔内大于或等于0.7毫伏每小时(mV/h)，则诊断装置可以最终确定电池单体为异常电池单体。

一些实施例针对电池组，电池组包括：电池诊断装置；以及电池，包括至少一个电池单体。

一些实施例针对电池组的电池诊断方法。电池诊断方法可以包括：进入电池单体的忽视测试模式；检测电池单体的单体电压；计算单体电压的随时间的电压减小速率；检测电压减小速率从减小趋势改变成增大趋势的拐点；以及如果检测到拐点，则确定电池单体为异常电池单体。

一些实施例包括：在进入忽视测试模式之前，对电池单体进行充电，使得电池单体的充电状态(SOC)是预定值或更高。

在一些实施例中，预定值可以是80％。

在一些实施例中，电池单体为异常电池单体的确定可以包括：如果检测到拐点，则将电池单体分类成内部短路风险组；以及如果电压减小速率在拐点之后的时间间隔内满足预定条件，则最终确定电池单体为异常电池单体。

在一些实施例中，最终确定可以包括：如果电压减小速率在拐点之后的时间间隔内大于或等于0.7mV/h，则最终确定电池单体为异常电池单体。

根据本公开，通过主动诊断来检测有可能具有内部短路的异常电池单体，从而保护电池免于热失控、着火等是可能的。

附图说明

通过参考所附附图详细描述示例性实施例，特征对于本领域技术人员将变得显而易见，附图中：

图1是图示根据实施例的电池组的示意图；

图2是图示电池单体的在忽视测试期间测量的单体电压改变的示例的图表；并且

图3是图示根据实施例的电池诊断方法的流程图。

具体实施方式

现在将在下文中参考随附附图更全面地描述示例实施例；然而，示例实施例可以以不同的形式实施，并且不应该被解释为限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开将是全面和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达示例性实施方式。

在下文中，将参考必要的附图详细描述根据实施例的电池诊断方法、电池诊断装置和具有电池诊断装置的电池组。

图1是图示根据实施例的电池组的示意图。

参考图1，根据实施例的电池组1可以包括电池10和电池诊断装置20。

电池10可以包括至少一个电池单体。如果电池10包括多个电池单体，则多个电池单体可以彼此串联和/或并联地电连接。

电池诊断装置20可以连续地检测电池10的状态信息，并且基于状态信息诊断电池10是否异常。电池诊断装置20可以包括检测装置21和诊断装置22。

检测装置21可以检测电池10的状态信息，即，构成电池10的电池单体的状态信息(单体电压、温度、电流等)。

诊断装置22可以通过检测装置21监测构成电池10的电池单体的状态信息，以诊断电池10是否异常。

在使用之前，电池组1可以经受忽视测试以评估其长期忽视性能。忽视测试可以包括将电池10充电到预定状态，然后使电池10处于静息状态长时间而不充电或放电，并且监测状态的改变。例如，电池10的忽视测试可以在电池10已经经历充电过程，直到构成电池10的电池单体的充电状态(SOC)进入80％或更高的区间之后执行。图2是图示电池单体的在忽视测试期间测量的单体电压改变的示例和图示通过忽视充电到100％ SOC的电池单体10小时而获得的结果的图表。在图2中，电池单体包括F.elec#39、Flat#3、F.elec#12、Flat#13、F.tab#66、f.tab#59、Ref#1和Ref#2。参考图2，在忽视的初始阶段期间，与任何其他正常电池单体类似，具有内部短路的电池单体(Flat#3)的单体电压随时间减小的速率(即，每单位时间单体电压减小的量)逐渐地减小。然而，在6小时的忽视时间之后，不同于任何其他正常电池单体，电池单体(Flat#3)展现出异常行为，其中单体电压减小速率逐渐地增大。

图1的诊断装置22可以在忽视测试期间检测异常行为，以检测异常电池单体。为此，如果电池10进入忽视测试模式，则诊断装置22可以通过检测装置21连续地获得构成电池10的电池单体的单体电压。此外，诊断装置22可以监测通过检测装置21获得的电池单体的单体电压改变，以连续地计算单体电压随时间减小的速率，并且检测单体电压随时间减小的速率从减小趋势改变成增大趋势的拐点。这里，单体电压随时间改变的速率的减小趋势指示每单位时间单体电压减小的量的逐渐减小，并且单体电压随时间减小的速率的增大趋势指示每单位时间单体电压减小的量的逐渐增大。

诊断装置22也可以通过使用二阶导数函数(f"())来检测拐点。下面的等式1示出了通过使用二阶导数函数来检测拐点的示例方法。

【等式1】

f"(a+h)×f"(a-h)<0

在上面的等式1中，f"(a+h)和f"(a-h)表示二阶导数函数，并且可以通过对表示单体电压随时间改变的速率的单体电压梯度(dV/dT)进行微分来计算。此外，a指示在进入忽视测试模式之后电池10被忽视的时间的量，并且h可以被选择为非常小的值。如果在单体电压梯度(dV/dT)中出现拐点，则相对于拐点的单体电压梯度(dV/dT)的导数值的符号改变。相应地，如果拐点出现在当电池10已经被忽视了一段时间a的时候，则f"(a+h)和f"(a-h)可以具有不同的符号，使得将f"(a+h)和f"(a-h)的两个值一起相乘得到小于零的值。因此，诊断装置22可以监测每个电池单体的单体电压改变，并且如果检测到满足上面等式1的满足点，则对应的点可以被确定为拐点。

如果检测到拐点，则诊断装置22可以将在其中检测到拐点的电池单体分类为具有内部短路的异常电池单体。

诊断装置22也可以对其中已经出现拐点的电池单体执行额外的诊断过程，以防止将正常电池单体误诊为异常电池单体。如果检测到拐点，则诊断装置22可以首先将对应的电池单体分类为内部短路风险组。然后，诊断装置22可以监测被分类为内部短路风险组的电池单体的在拐点之后的电压改变，并且如果监测到的电压改变满足预定条件，则诊断装置22可以最终将对应的电池单体诊断为异常电池单体。例如，如果在拐点出现之后的时间间隔内电压减小速率(即，每单位时间单体电压减小的量)大于或等于阈值(例如，0.7mV/h(毫伏每小时))，则诊断装置22可以最终将对应的电池单体诊断为异常电池单体。

如果诊断装置22检测到电池10中的异常电池单体，则诊断装置22可以通过输出装置(例如，显示器)输出检测的结果，或者将检测的结果传送到更高级别的系统。

诊断装置22可以被实现为被集成到安装在电池组1上的电池管理系统(BMS：Battery Management System)(未图示)中。

图3是图示根据实施例的电池诊断方法的流程图。

图3的电池诊断方法可以由参考图1描述的电池组1的被适当地配置并布置为执行该方法的电池诊断装置20进行。

参考图3，电池诊断装置20可以控制电池10以进行充电，直到构成电池10的电池单体的SOC满足预定条件(例如，80％或更大)，以便进行忽视测试(S11和S12)。

如果电池10的SOC满足预定条件，则电池诊断装置20可以停止对电池10进行充电，并且随后基于例如从外部接收的控制输入而进入忽视测试模式(S13)。当在忽视测试模式下操作时，电池诊断装置20可以限制电池10的充电和放电，并且将电池10保持在静息状态。

当在忽视测试模式下操作时，电池诊断装置20可以监测电池单体中的单体电压改变，以诊断拐点是否已经出现(S14和S15)。换句话说，电池诊断装置20可以监测电池单体的单体电压改变，并且如果电池单体的单体电压随时间减小的速率从减小趋势改变成增大趋势，则电池诊断装置20可以将对应的点检测为拐点。

如果检测到拐点，则电池诊断装置20可以将在其中检测到拐点的电池单体分类为内部短路风险组(S16)。然后，电池诊断装置20可以确定被分类为内部短路风险组的电池单体的单体电压改变在拐点之后是否满足预定条件(S17)，并且如果单体电压改变满足预定条件，则电池诊断装置20最终确定对应的电池单体是异常电池单体(S18)。例如，如果被分类为内部短路风险组的电池单体的单体电压减小速率在拐点之后的时间间隔内被确定为大于或等于阈值(例如，0.7mV/h)，则电池诊断装置20可以最终确定对应的电池单体为异常电池单体。

电池诊断装置20可以通过重复地执行操作S14至S18来诊断异常电池单体，直到由例如从外部接收的控制输入确定忽视测试的终止(S19)。

在图3中，操作S16和S17是额外执行的防止误诊断的操作，并且可以被省略。例如，如果通过操作S15检测到拐点，则电池诊断装置20可以在没有进一步诊断的情况下将在其中检测到拐点的电池单体确定为异常电池单体。

可以通过使用任何合适的硬件、固件(例如，专用集成电路)、软件或者软件、固件和硬件的组合来实现根据在本文中描述的本发明的实施例的电子或电气装置和/或任何其他相关装置或元件。例如，这些装置的各种元件可以形成在单个集成电路(IC：IntegratedCircuit)芯片上或形成在单独的IC芯片上。此外，这些装置的各种部件可以在柔性印刷电路膜、带载封装(TCP：Tape Carrier Package)、印刷电路板(PCB：Printed Circuit Board)或单个基板上实现。在本文中描述的电连接或互连可以例如由PCB或其他类型的电路载体上的布线或导电元件实现。导电元件可以例如包括诸如表面金属化的金属化和/或引脚，并且可以包括导电聚合物或陶瓷。

此外，装置的各种元件可以是在一个或多个处理器上执行、在一个或多个计算装置内执行、执行计算机程序指令并且与其他系统部件交互以执行在本文中描述的各种功能的过程或进程。计算机程序指令被存储在可以通过使用标准存储器装置(例如，随机存取存储器(RAM：Random Access Memory))来在计算装置中实现的存储器中。计算机程序指令也可以被存储在诸如CD-ROM、闪存驱动器等的其它非暂时性计算机可读介质中。

此外，本领域技术人员应该认识到，各种计算装置的功能可以组合或集成到单个计算装置中，或者特定计算装置的功能可以跨一个或多个其它计算装置分布，而不脱离本公开的实施例的范围。

相同的附图标记自始至终指代相同的元件。

如在本文中使用的，术语“和/或”包括相关的列举项中的一个或多个的任何和所有组合。此外，当描述本公开的实施例时，“可以”的使用意指“本公开的一个或多个实施例”。

在本公开的实施例的描述中，单数形式的术语可以包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示。

诸如“第一”、“第二”和“第三”的包括序数的术语可以用于描述各种元件，但是将理解，这些元件不应该被这些术语限制。这些术语可以仅用于将一个元件与另一个元件区分开。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可以被命名为第二元件，并且同样，第二元件可以被命名为第一元件。如在本文中使用的，术语“和/或”包括相关的列举项中的一个或多个的任何和所有组合。在一列元件之后的诸如“中的至少一个”的表述修饰整列元件而不修饰该列中的单个元件。

如在本文中使用的，术语“基本上”、“大约”和类似术语被用作近似术语而不是程度术语，并且旨在描述本领域普通技术人员将认识到的测量值或计算值的固有偏差。此外，当术语“基本上”与能够用数字表示的特征结合使用时，术语“基本上”是指围绕该数字的值的+/-5％的范围。

当一个元件被描述为“在”另一个元件“上”、“连接到”另一个元件或“联接”到另一个元件时，“在……上”、“连接到”和“联接”即包括直接形成还包括通过插入一个或多个其他元件形成。此外，当一个元件被描述为“在”两个元件“之间”时，应理解，它是两个元件之间的唯一元件或者存在一个或多个其他居间元件。

将两个元件电连接不仅包括两个元件之间的直接连接，也包括两个元件之间通过其他元件的连接。其他元件可以包括开关、电阻器、电容器等。在描述实施例时，除非使用术语“直接连接”，否则术语“连接”意味着电连接。

本文已经公开了示例性实施例，并且尽管采用了特定的术语，但是它们只是在一般的、描述的意义上使用的，也只能在一般的、描述的意义上去解释它们，并且并非用于限制。因此，本领域技术人员将理解，在不背离权利要求书中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以作出各种形式和细节上的改变。

Claims (15)

1.一种电池诊断装置，包括：

检测装置，被配置为检测电池单体的单体电压；以及

诊断装置，被配置为如果所述电池单体的忽视测试被启动，则计算所述单体电压的随时间的电压减小速率，检测所述电压减小速率从减小趋势改变成增大趋势的拐点，并且如果检测到所述拐点，则将所述电池单体诊断为异常电池单体。

2.根据权利要求1所述的电池诊断装置，其中，所述诊断装置被进一步配置为在忽视测试模式下操作，以在所述电池单体被充电到预定值或更高的充电状态的状态下执行所述忽视测试。

3.根据权利要求2所述的电池诊断装置，其中，所述预定值是80％。

4.根据权利要求1所述的电池诊断装置，其中，所述诊断装置被进一步配置为如果检测到所述拐点，则将所述电池单体分类为内部短路风险组，并且如果所述电压减小速率在所述拐点之后的时间间隔内满足预定条件，则最终确定所述电池单体为所述异常电池单体。

5.根据权利要求4所述的电池诊断装置，其中，所述诊断装置被进一步配置为如果所述电压减小速率在所述拐点之后的所述时间间隔内大于或等于0.7毫伏每小时，则最终确定所述电池单体为所述异常电池单体。

6.一种电池组，包括：

根据权利要求1所述的电池诊断装置；以及

电池，包括至少一个所述电池单体。

7.根据权利要求6所述的电池组，其中，所述诊断装置被进一步配置为在忽视测试模式下操作，以在所述电池单体被充电到预定值或更高的充电状态的状态下执行所述忽视测试。

8.根据权利要求7所述的电池组，其中，所述预定值是80％。

9.根据权利要求6所述的电池组，其中，所述诊断装置被进一步配置为如果检测到所述拐点，则将所述电池单体分类为内部短路风险组，并且如果所述电压减小速率在所述拐点之后的时间间隔内满足预定条件，则最终确定所述电池单体为所述异常电池单体。

10.根据权利要求9所述的电池组，其中，所述诊断装置被进一步配置为如果所述电压减小速率在所述拐点之后的所述时间间隔内大于或等于0.7毫伏每小时，则最终确定所述电池单体为所述异常电池单体。

11.一种电池组的电池诊断方法，所述电池诊断方法包括：

进入电池单体的忽视测试模式；

检测所述电池单体的单体电压；

计算所述单体电压的随时间的电压减小速率；

检测所述电压减小速率从减小趋势改变成增大趋势的拐点；以及

如果检测到所述拐点，则确定所述电池单体为异常电池单体。

12.根据权利要求11所述的电池诊断方法，进一步包括在进入所述忽视测试模式之前对所述电池单体进行充电，使得所述电池单体的充电状态是预定值或更高。

13.根据权利要求12所述的电池诊断方法，其中，所述预定值是80％。

14.根据权利要求11所述的电池诊断方法，其中：

所述电池单体为所述异常电池单体的所述确定包括：

如果检测到所述拐点，则将所述电池单体分类成内部短路风险组；以及

如果所述电压减小速率在所述拐点之后的时间间隔内满足预定条件，则最终确定所述电池单体为所述异常电池单体。

15.根据权利要求14所述的电池诊断方法，其中，所述最终确定包括：如果所述电压减小速率在所述拐点之后的所述时间间隔内大于或等于0.7毫伏每小时，则最终确定所述电池单体为所述异常电池单体。